bab ii landasan teori - Repository UIN SUSKA

BAB II
LANDASAN TEORI
2.1.
Penelitian Terkait
Penelitian oleh Runaldy Sahputra dan Syukriyadin membahas “Analisis
Penempatan Static Var Compensator (SVC) Pada Sistem Interkoneksi Sumut-Aceh 150 kV
Menggunakan Metode Bus Participation Factor”, Metode aliran daya yang digunakan
yaitu Fast Decoupled dengan perhitungan menggunakan Software MATLAB series
7.13.0.564 (R2011b).
Penelitian yang dilakukan oleh Runaldy Sahputra dan kawan -kawan ini bertujuan
untuk menentukan penempatan optimal SVC pada jaringan interkoneksi Sumut-Aceh 150
kV, yaitu pada salah satu Gardu Induk antara Langsa s/d Banda Aceh, yang dilihat dari bus
terlemah menggunakan metode bus participation factor
Kemudian Syarifil Anwar, Hadi Suyono, Harry Soekotjo, berjudul “Optimisasi
Penempatan SVC untuk Memperbaiki Profil Tegangan dengan Menggunakan Algoritma
Genetika”.
Penelitian yang dilakukan oleh Syarifil Anwar dan kawan-kawan ini membahas
optimasi penempatan SVC dengan menggunakan metode (Genetic Algorithm) GA pada
sistem Jawa Madura Bali 500 kV untuk memperbaiki profil tegangan sistem melalui
minimalisasi rugi-rugi jaringan transmisi dengan menggunakan Metode Algoritma
Genetika.
Dari penelitian yang telah dilakukan diatas, maka penulis berinisiatif ingin
menganalisis penempatan SVC (Static Var Compensator) untuk mengurangi rugi-rugi daya
pada jaringan distribusi 20kV Rayon Bangkinang Wilayah Salo. Penelitian yang akan
dilakukan sekarang menggunakan Etap 7.5.0 yang berbasis Grafik User Intervace (GUI)
yang memudahkan untuk menganalisis aliran daya listrik dan memiliki komponen yang
mirip dengan sebenarnya. Adapun metode yang digunakan untuk studi aliran daya adalah
Metode Newton Rapson. Dimana Metode Newton Rapson ini memiliki perhitungan yang
lebih baik untuk sistem tegangan yang besar, karena lebih efesien dan praktis. Dengan
kemampuan Etap 7.5.0 yang bisa dikontrol dengan melihat GUI, maka penempatan SVC
(Static Var Compensator) dapat dilakukan dengan melihat analisis aliran daya.
II - 1
2.2.
Sistem Tenaga Listrik
Pada sistem tenaga listrik (Electric Power System) terdiri dari tiga komponen utama
yaitu: sistem pembangkitan tenaga listrik, sistem transmisi tenaga listrik, dan sistem
distribusi tenaga listrik.
Gambar 2.1. Tiga Komponen Utama Dalam Penyaluran Tenaga Listrik [5]
Komponen dasar yang membentuk suatu sistem tenaga listrik adalah generator,
transformator, saluran transmisi dan beban. Untuk keperluan analisis sistem tenaga,
diperlukan suatu diagram yang dapat mewakili setiap komponen sistem tenaga listrik
tersebut. Diagram yang sering digunakan adalah diagram satu garis dan diagram impedansi
atau diagram reaktansi.
Pusat pembangkit listrik (Power Plant) yaitu tempat energi listrik pertama kali
dibangkitkan, dimana terdapat turbin sebagai penggerak mula (Prime Mover) dan
generator yang membangkitkan listrik. Biasanya dipusat pembangkit listrik juga terdapat
gardu induk. Peralatan utama pada gardu induk antara lain: Transformator, yang berfungsi
untuk menaikan tegangan generator (11,5kV) menjadi tegangan transmisi/tegangan tinggi
(150kV) dan juga peralatan pengaman dan pengatur. Jenis pusat pembangkit yang umum
antara lain PLTA (Pembangkit Listrik Tenaga Air), PLTU (Pusat Listrik Tenaga Uap),
PLTD (Pusat Listrik Tenaga Diesel), PLTG (Pusat Listrik Tenaga Gas) dan PLTN (Pusat
Listrik Tenaga Nuklir).
Transmisi tenaga listrik merupakan proses penyaluran tenaga listrik dari tempat
pembangkit tenaga listrik (Power Plant) hingga saluran distribusi listrik (substation
distribution), sehingga dapat disalurkan sampai pada konsumen pengguna listrik.
Sistem distribusi merupakan subsistem tersendiri yang terdiri dari pusat pengatur
Distribution Control Center (DCC), saluran tegangan menengah (6kV, 12kV dan 20kV,
yang juga biasa disebut tegangan distribusi primer) yang merupakan saluran udara atau
II - 2
kabel tanah, gardu distribusi tegangan menengah yang terdiri dari panel-panel pengatur
tegangan menengah dan trafo sampai dengan panel-panel distribusi tegangan rendah
(380V/220V) yang menghasilkan tegangan kerja/tegangan jala-jala untuk industri dan
konsumen[3].
2.3.
Jaringan Distribusi
Sistem distribusi merupakan bagian dari sistem tenaga listrik. Sistem distribusi ini
berguna untuk menyalurkan tenaga listrik dari sumber daya listrik besar sampai ke
konsumen. Fungsi distribusi tenaga listrik adalah;
1. Pembagian atau penyaluran tenaga listrik ke beberapa tempat (pelanggan).
2. Merupakan sub sistem tenaga listrik yang langsung berhubungan dengan pelanggan,
karena catu daya pada pusat-pusat beban (pelanggan) dilayani langsung melalui
jaringan distribusi.
Tenaga listrik yang dihasilkan oleh pembangkit tenaga listrik besar dengan tegangan
dari 11kV sampai dengan 24kV dinaikkan tegangannya oleh gardu induk dengan
transformator penaik tegangan menjadi 70kV, 154kV, 220kV atau 500kV kemudian
disalurkan melalui saluran transmisi.
Tujuan menaikkan tegangan ialah untuk memperkecil kerugian daya listrik pada
saluran transmisi, dimana dalam hal ini kerugian daya adalah sebanding dengan kuadrat
arus yang mengalir (I2.R). Dengan daya yang sama bila nilai tegangannya diperbesar, maka
arus yang mengalir semakin kecil sehingga kerugian daya juga akan kecil pula. Dari
saluran transmisi, tegangan diturunkan lagi menjadi 20kV dengan transformator penurun
tegangan pada gardu induk distribusisi, kemudian dengan sistem tegangan tersebut
penyaluran tenaga listrik dilakukan oleh saluran distribusi primer. Dari saluran distribusi
primer inilah gardu-gardu distribusi mengambil tegangan untuk diturunkan tegangannya
dengan trafo distribusi menjadi sistem tegangan rendah, yaitu 380/220 volt. Selanjutnya
disalurkan oleh saluran distribusi sekunder kekonsumen-konsumen.
Dengan ini jelas bahwa sistem distribusi merupakan bagian yang penting dalam
sistem tenaga listrik secara keseluruhan. Pada sistem penyaluran daya jarak jauh, selalu
digunakan tegangan setinggi mungkin, dengan menggunakan trafo step-up.
Nilai tegangan yang sangat tinggi ini menimbulkan beberapa konsekuensi antara lain
berbahaya bagi lingkungan dan mahalnya harga perlengkapan-perlengkapannya, selain
menjadi tidak cocok dengan nilai tegangan yang dibutuhkan pada sisi beban, maka, pada
II - 3
daerah-daerah pusat beban tegangan saluran yang tinggi ini diturunkan kembali dengan
menggunakan trafo step-down. Bila ditinjau nilai tegangannya, maka mulai dari titik
sumber hingga dititik beban, terdapat bagian-bagian saluran yang memiliki nilai tegangan
berbeda-beda[3].
Jaringan distribusi berdasarkan letak pada posisi gardu distribusi dibedakan menjadi
2 yaitu :
1. Jaringan distribusi primer (jaringan distribusi tegangan menengah).
Jaringan distribusi primer merupakan suatu jaringan yang letaknya sebelum
gardu distribusi berfungsi menyalurkan teganan listrik bertegangan menengah
(misalkan 6kV, 12kV atau 20kV) hantaran dapat berupa kabel dalam tanah atau
salauran/kawat udara yang dihubungkan gardu induk (sekunder trafo) dengan gardu
distribusi atau gardu hubung (sisi primer trafo distribusi).
2. Jaringan distribusi sekunder (jaringan distribusi tegangan rendah).
Jaringan distribusi sekunder merupakan suatu jaringan yang letaknya setelah
gardu distribusi berfungsi menyalurkan teganan listrik bertegangan rendah (misalkan
380/220 volt). Hantaran dapat berupa kabel dalam tanah atau salauran/ kawat udara
yang menghubungkan dari gardu distribusi (sisi sekunder trafo distribusi) ketempat
konsumen atau pemakaian (misalnya kerumah-rumah).
Sedangkan untuk gardu distribusi sendiri adalah suatu tempat/sarana dimana
terdapat transformator step-down yaitu transformator yang dapat menurunkan
tegangan menengah menjadi rendah (sesuai denagn kebutuhan konsumen).
2.4.
Daya
Dalam proses transmisi dan distribusi tenaga listrik sering kali mengalami rugi-rugi
daya yang cukup besar yang diakibatkan oleh rugi-rugi daya pada saluran dan juga rugirugi pada trafo yang digunakan .Kedua rugi- rugi daya tersebut memberikan pengaruh
yang besar terhadap kawalitas daya serta tegangan yang dikirimkan kesisi pelanggan. Nilai
tegangan yang melebihi batas toleransi akan dapat menyebabkan tidak optimalnya kerja
dari peralatan listrik disisi konsumen[8].
II - 4
Secara umum pengertian daya adalah energi yang dikeluarkan untuk melakukan
usaha. Dalam sistem tenaga listrik, daya merupakan jumlah energi listrik yang digunakan
untuk melakukan usaha. Daya listrik biasanya diaktifkan dalam satuan Watt.
Dimana,
=
(2.1)
Terdapat tiga macam daya yaitu[1]:
1. Daya Aktif (P)
Daya aktif adalah daya yang terpakai untuk melakukan usaha atau energi
sebenarnya. Satuan daya aktif adalah watt.
=
2. Daya Reaktif (Q)
cos
(2.2)
Daya Reaktif (reactive power) adalah daya yang disuplai oleh komponen
reaktif. Satuan daya reaktif adalah VAR.
3. Daya Semu (S)
=
sin
(2.3)
Daya semu (apparent power) adalah daya yang dihasilkan oleh perkalian
antara tegangan rms (Vrms) dan arus rms (Irms).
Keterangan :
=
+
(2.4)
P = Daya Aktif (Watt)
Q = Daya Reaktif (Var)
S = Daya Semu (VA)
V = Tegangan (V)
I = Arus (A)
θ = sudut
2.5.
Faktor Daya
Faktor daya adalah perkalian antara arus dan tegangan. Perkalian arus dan tegangan
dalam rangkaian AC diaktifkan dalam Volt Ampere(VA) atau KiloVolt Ampere (kVA).
Dalam teori listrik arus bolak-balik penjumlahan daya dilakukan secara vektoris,
yang dibentuk vektornya merupakan segitiga siku-siku, yang dikenal dengan segitiga daya.
Sudut θ merupakan sudut pergeseran fasa, semakin besar sudutnya, semakin besar daya
II - 5
semu (S), dan semakin besar pula daya reaktif (Q), sehingga faktor daya (cos θ) semakin
kecil. Perbandingan antara besar daya aktif dengan daya semu disebut faktor daya (cos θ).
=
(2.5)
Keterangan : Cos θ : Faktor Daya
P
: Daya Aktif (Watt)
S
: Daya Semu (VA)
Ada tiga kemungkinan hubungan phasa antara arus dan tegangan dalam satuan
rangkaian[7].
1. Arus dan tegangan mungkin sephasa seperti yang ditunjukkan pada gambar dibawah
ini:
V
I
Gambar 2.2. Arus dan Tegangan [7]
2. Faktor daya tertinggal (lagging) yaitu tegangan dapat melalui harga nol dan naik ke
harga tertinggi pada waktu yang lebih dahulu dari arus seperti dalam gambar dibawah.
Dalam hal ini arus dikatakan tertinggal dari tegangan.
Tegangan
Arus
300
V
I
Gambar 2.3. Arus Tertinggal 30° Dari Tegangan [7]
3. Faktor daya mendahului (leading) yaitu tegangan dapat melalui harga nol dan harga
tertingginya pada beberapa saat kemudian dari pada arus seperti dalam gambar
dibawah. Dalam hal ini arus dikatakan mendahului tegangan.
II - 6
I
V
Gambar 2.4. Arus Mendahului 30° Dari Tegangan [7]
Lamanya waktu dimana arus mendahului atau tertinggal dari tegangan bervariasi
dalam rangkaian yang berbeda dari kondisi sephasa sampai mendahului atau tertinggal ¼
siklus atau 90°. Oleh karena itu waktu dapat diukur dalam derjat listrik, beda waktu atau
beda phasa dari arus dan tegangan biasanya diaktifkan dalam derajat listrik dan disebut
sudut phasa[7].
Hubungan antara daya aktif, daya reaktif dan daya semu dapat dilihat pada gambar
dibawah ini:
S LOAD
Q cap
S DES
1
2
Q LOAD
Q DES
P LOAD
Gambar 2.5. Segitiga Daya [7]
Penjumlahan dari daya aktif dan daya reaktif menghasilkan daya semu.
Dimana:
PLoad
Load
SLoad
= daya aktif (kW)
= daya reaktif (kVAR)
= daya semu(kVA)
Daya reaktif konpensator
Dimana:
P
=
(tan
− tan
: Daya Aktif (Watt)
Qcap :Daya Reaktif Konpensator (VAR)
S
)
(2.6)
: Sudut Sebelum Diperbaiki
: Sudut Setelah Diperbaiki
: Daya Semu (VA)
II - 7
2.6.
Rugi - Rugi Daya
Rugi-rugi atau losses adalah hilangnya sejumlah energi, yang dibangkitkan
sehingga mengurangi jumlah energi yang dapat dijual kepada konsumen sehingga
berpengaruh pada tingkat profitibilitas perusahaan bersangkutan. Besar kecilnya rugi-rugi
dari suatu sistem tenaga listrik menunjukkan tingkat efisiensi sistem tersebut, makin
rendah persentase rugi-rugi yang terjadi makin efisien sistem tersebut. Selain itu rugi-rugi
daya yang besar akan menimbulkan kerugian yang finansial disisi perusahaan pengelolah
listrik[10].
Seperti diketahui, kerugian daya suatu saluran merupakan perkalian arus pangkat
dua dengan resistansi atau reaktansi dari saluran tersebut. Rugi– rugi dapat diaktifkan
sebagai berikut.
Rugi daya aktif
= I2. R (watt)
Rugi daya reaktif
= I2 . X (Var)
Rugi daya semu
= ( . ) + (
Dimana :
I
= Arus (A)
X
= Reaktansi
R
= Resistansi
. )
Besarnya rugi daya pada beban 1 fasa dan 3 fasa dapat dituliskan adalah.
dan
,
=2
(
)
(2.7)
,
=2
(
)
(2.8)
jika disubstitusikan persamaan diatas menjadi
= 2.0
2.7.
(2.9)
Studi Aliran Daya
Studi aliran daya adalah studi yang dilakukan untuk mendapatkan informasi
mengenai aliran daya atau tegangan sistem dalam kondisi operasi konstan. Informasi ini
sangat dibutuhkan guna mengevaluasi unjuk kerja sistem tenaga dan menganalisis kondisi
pembangkitan maupun pembebanan. Studi aliran daya merupakan penentuan atau
perhitungan tegangan, arus, daya aktif maupun daya reaktif yang terdapat pada berbagai
titik jaringan listrik pada keadaan operasi normal, baik yang sedang berjalan maupun yang
II - 8
diharapkan akan terjadi dimasa yang akan datang. Adapun tujuan dari studi analisa aliran
daya antara lain[5]:
1. Untuk mengetahui tegangan-tegangan pada setiap bus yang ada dalam sistem maupun
sudut fasa tegangan.
2. Untuk mengetahui daya aktif dan daya reaktif yang mengalir dalam setiap saluran
yang ada dalam sistem.
3. Untuk mengetahui kondisi dari semua peralatan, apakah memenuhi batas-batas yang
ditentukan untuk menyalurkan daya listrik yang diinginkan.
4. Untuk memperoleh kondisi mula pada perencanaan sistem yang baru.
5. Untuk memperoleh kondisi awal untuk studi-studi selanjutnya seperti: studi hubung
singkat, stabilitas, dan pembebanan ekonomis.
Beberapa hal diatas sangat diperlukan untuk menganalisa keadaan sekarang dari
sistem guna perencanaan perluasan sistem yang akan datang. Ada 3 macam bus dalam hal
ini setiap bus mempunyai empat besaran dengan dua besaran diantaranya diketahui yakni:
1. Bus Referensi (slack bus). Adalah suatu bus yang selalu mempunyai besaran dan sudut
fasa yang tetap dan telah diberikan sebelumnya, pada bus ini berfungsi untuk mencatu
rugi-rugi, kekurangan daya yang ada pada jaringan, dalam hal ini penting karena
kekurangan daya tidak dapat dicapai kecuali terdapat suatu bus yang mempunyai daya
tak terbatas sehingga dapat mengimbangi rugi-rugi.
2. BUS PQ (bus beban). Pada tipe bus ini daya aktif dan daya reaktif diketahui,
sedangkan dua lainnya didapat dari hasil perhitungan.
3. BUS PV (bus pembangkit). Pada tipe bus ini, besar tegangan dan daya aktif telah
ditentukan sedangkan daya reaktif dan sudut fasa tegangan didapat dari hasil
perhitungan.
Sistem tenaga listrik tidak hanya terdiri dari dua bus, melainkan terdiri beberapa
bus yang akan diinterkoneksikan satu sama lain. Daya listrik yang diinjeksikan oleh
generator kepada salah satu bus, bukan hanya dapat diserap oleh beban bus tersebut,
melainkan dapat diserap oleh beban di bus yang lain.
II - 9
Diagram satu garis tipe bus dari suatu sistem tenaga listrik terdapat pada gambar
dibawah ini.
vi
V1
Yi1
V2
Yi2
Ii
Vn
Yin
yi0
Gambar 2.6. Tipikal Bus Dari Sistem Tenaga [1]
Jaringan sistem tenaga seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.8 saluran
transmisinya dapat digambarkan dengan model π yang mana impedansi-impedansinya
telah diubah menjadi admitansi-admitansi per unit pada base/dasar MVA.
Aplikasi hukum arus Kirchhoff pada bus ini diberikan dalam bentuk:
arus pada bus i adalah :
=
Dimana,
2.8.
−
dimana
≠
Ii
= Arus Pada Bus i (A)
Vi
= Tegangan Pada i (V)
Vj
= Tegangan Pada j (V)
yi
= Admitansi Pada Bus i (Siemens)
yj
= Admitansi Pada Bus j (Siemens)
(2.10)
Metode Newton Raphson
Adapu metode yang digunakan untuk studi aliran daya adalah Metode Newton
Raphson. Dimana Metode Newton Raphson ini memiliki perhitungan yang lebih baik dari
pada Gauss Seidel. Bila untuk sistem tegangan yang besar, karena lebih efisien dan praktis.
Jumlah iterasi yang dibutuhkan untuk memperoleh pemecahan ditentukan berdasarkan
ukuran sistem. Dalam persamaan ini aliran daya dirumuskan dalam bentuk polar.
II - 10
Dalam bentuk admintasi persamaan (2.10) dapat ditulis menjadi[1]:
=
(2.11)
atau dalam berbentuk polar menjadi:
=
∠
+
(2.12)
daya komplek di bus i adalah :
=
∠
∠
+
(2.13)
daya aktif di bus i adalah :
=
cos
+
−
(2.14)
daya reaktif di bus i adalah :
=−
sin
+
−
Untuk setiap bus beban akan dibentuk pesamaan Pi dan
(2.15)
i, sedangkan untuk bus
pembangkit akan dibentuk persama Pi dengan memasukkan nilai taksiranbesaran tegangan
|V| dan sudut
di setiap bus. Memperluas persamaan (2.14) dan persamaan (2.15) ke
dalam deret Taylor dan order pertama maka diperoleh persamaan :
Dimana
∆
∆
=
, , , dan
[ Ј
⎡
] = ⎢⎢
⎢
⎣
∆
∆| |
(2.16)
adalah matrik Jakobian dengan elemen sebagai berikut :
⎤
| |⎥
⎥
⎥
| |⎦
(2.17)
II - 11
2.9.
SVC (Static Var Compensator)
SVC (Static Var Compensator) adalah komponen FACTS (Flexible Altenating
Current Transmission Systems) dengan hubungan paralel, yang fungsi utamanya untuk
menyuntikkan atau menyerap daya reaktif statis yang terkendali dan dihubungkan paralel
yang mempunyai keluaran (output) yang bervariasi untuk mempertahankan atau
mengontrol variabel tertentu pada sistem tenaga listrik, terutama tegangan pada bus.
Prinsip kerja SVC (Static Var Compensator) yaitu dengan cara mengatur sudut
penyalaan thyristor, sehingga dapat mengatur keluaran daya reaktif dari SVC (Static Var
Compensator). Nilai tegangan sistem merupakan input bagi pengendali, yang kemudian
akan mengatur sudut penyalaan thyristor. Dengan demikian SVC (Static Var
Compensator) akan memberikan kompensasi daya reaktif yang sesuai dengan kebutuhan
sistem[9]. Dalam bentuk yang paling sederhana, SVC (Static Var Compensator) terdiri dari
komponen Fixed Capacitor (FC) yang terhubung paralel dengan Thyristor-Controlled
Reactor (TCR). Kontrol sudut penyalaan thyristor memungkinkan SVC (Static Var
Compensator) untuk memiliki kecepatan respon yang hampir seketika. Hal ini digunakan
secara luas untuk menyalurkan daya reaktif dan menyediakan support regulasi tegangan
dengan cepat. Selain itu, SVC (Static Var Compensator) juga dipakai untuk meningkatkan
batas stabilitas sistem dan mengurangi osilasi daya[6].
Node I
Vi
ISVC
BSVC
Gambar 2.7. Suseptansi Model SVC (Static Var Compensator) [6]
Persamaan aliran daya untuk SVC (Static Var Compensator) adalah sebagai berikut:
=−
= −2(
sin
sin
⊣
(2.18)
−
(2.19)
II - 12
Matriks baru Jacobian dari persamaan linear dapat dibentuk seperti berikut:
()
⎡
⎢
=⎢
⎢
⎣
∆
∆
⎤
⎥
⎥
⎥
⎦
()
∆
∆
(2.20)
Suseptansi Static Var Compensator (SVC) dapat diperbaharui dengan menggunakan
persamaan berikut:
(
=
)
+
∆
()
(
)
(2.21)
2.9.1. Kompensasi Daya Reaktif SVC (Static Var Compensator)
Kompensasi daya reaktif pada suatu sistem distribusi sangat diperlukan untuk
menjaga kestabilan tegangan dalam sistem tenaga listrik. Apabila sistem terdapat banyak
beban yang membutuhkan daya reaktif maka sistem tersebut akan mengalami perubahan
tegangan akibat dari beban tersebut.
Dalam menentukan besarnya Suseptansi SVC (Static Var Compensator), (Bsvc)
yang akan ditempatkan pada bus beban, dapat menggunakan persamaan aliran daya.
Arus yang mengalir pada SVC (Static Var Compensator) adalah:
=
(2.22)
Sedangkan besarnya suseptansi SVC (Static Var Compensator) (Bsvc) dapat
diaktifkan sebagai fungsi sudut konduksi thyristor (σ) berikut ini:
=
−
( )
(2.23)
Berdasarkan persamaan (2.22) dan (2.23), maka dapat dihitung daya reaktif yang
diinjeksikan ke bus oleh SVC (Static Var Compensator) dengan persamaan (2.24) sebagai
berikut:
=−
(2.24)
II - 13
Kurva daya reaktif yang dihasilkan SVC (Static Var Compensator) terhadap
tegangan bus yang dipasang SVC (Static Var Compensator) ditunjukkan pada Gambar
berikut ini:
Gambar 2.8. 3 Kurva Daya Reaktif Dan Tegangan Pada SVC [13]
Dimana:
Qc
: Daya Reaktif Capasitif (VAR)
V2
: Tegangan Akhir (V)
QL
: Daya Reaktif Induktif (VAR)
∆V
: Perubahan Tegangan (V)
V
: Tegangan (V)
B
: Suseptansi (Siemens)
V1
: Tegangan Mula-mula (V)
3 area kerja SVC (Static Var Compensator):
1. Area kerja pertama terdapat di antara V1 dan V2. Diarea ini, SVC bersifat kapasitif
atau induktif. Daya reaktif yang dihasilkan berubah-ubah sesuai kebutuhan sistem.
2. Area kerja kedua, bila tegangan bus melebihi V1. Diarea ini SVC memiliki
karakteristik induktif. Daya reaktif yang dihasilkan berubah-ubah sesuai kebutuhan
sistem seperti diberikan pada persamaan (2.24)
3. Area kerja ketiga bila tegangan kurang dari V2. Di area ini SVC (Static Var
Compensator) hanya berfungsi sebagai fixed capacitor saja
2.9.2. Penentuan Kapasitas SVC (Static Var Compensator)
Berdasarkan teori, indikasi bus yang berkandidat sebagai tempat pemasangan SVC
(Static Var Compensator) adalah bus yang memiliki profil tegangan dibawah tegangan
yang diizinkan, yaitu turun melebihi 5% dari tegangan nominal. Batas tegangan menurut
PLN ada 3 macam yaitu:
II - 14
1. Tanpa warna/tidak berwarna merupakan batas normal (101% ≥ V ≥ 98%).
2. Warna merah muda/pink merupakan batas marginal yaitu batas maksimal 102% ≤ V ≤
105% dan batas minimal 98% ≥ V ≥ 95%
3. Warna merah merupakan batas critical yaitu melebihi batas tegangan maksimal 105%
dan kurang dari batas minimal yaitu 95% (105% > V > 95%).
Hal ini diupayakan agar mendapatkan tegangan pada ujung beban sama dengan
ujung sumber atau VR  VS [4]. Bila nilai daya aktif pada ujung beban mendekati 1 (pf=1)
dan VR  VS maka dapat dicari nilai , dengan rumus berikut:
=
|
|=| |
| |
|
Cos ( − ) −
| |
| |
|
( − )
(2.25)
Kapasitas kapasitor (QR) dapat dihitung dengan persamaan :
=
| |=|
| |
|
Sin ( − ) −
| |
|
| |
|
( − )
(2.26)
Berdasarkan faktor daya Q bisa dicari dengan persamaan berikut:
kVAR sebelum SVC (Static Var Compensator):
=
(2.27)
=
(2.28)
kVAR yang diinginkan berdasarkan PF=0.999
Berdasarkan persamaan (2.27) dan persamaan (2.28) maka dapat disempurnakan
nilai Q dengan persamaan (2.29) dibawah berikut:
Q = Q1 – Q2
Dimana,
(2.29)
Q1 = kVAR sebelum SVC
Q2 = kVAR yang diinginkan berdasarkan PF=0.999
2.10. ETAP 7.5.0
ETAP (Electric Transient and Analysis Program) merupakan suatu perangkat lunak
yang mendukung sistem tenaga listrik. Perangkat ini mampu bekerja dalam keadaan offline
untuk simulasi tenaga listrik, online untuk pengelolaan data real-time atau digunakan untuk
mengendalikan sistem secara real-time. Fitur yang terdapat didalamnya pun bermacamII - 15
macam antara lain fitur yang digunakan untuk menganalisa pembangkitan tenaga listrik,
sistem transmisi maupun sistem distribusi tenaga listrik.
Pada penelitian ini, SVC (Static Var Compensator) akan dimodelkan sebagai
injeksi daya reaktif pada sistem tenaga listrik dilakukan analisa pengaruh penempatan SVC
(Static Var Compensator) dengan menggunakan analisa aliran daya dalam merancang
suatu sistem tenaga listrik perlu dilakukan simulasi terhadap sistem yang akan dibuat, hal
ini dapat membantu penulis mempermudah menganalisa sistem tersebut handal atau tidak.
Perangkat lunak yang bisaa digunakan untuk simulasi sistem tenaga listrik salah satunya
adalah Etap 7.5.0. Perangkat lunak tersebut dikembangkan oleh perusahaan operation
technology inc, dan mengalami perubahan versi dari tahun ke tahun[12].
Analisa tenaga listrik yang dapat dilakukan Etap 7.5.0 antara lain :
1. Analisa aliran daya
2. Analisa hubung singkat
3. Arc Flash Analysis
4. Analisa kestabilan transien, dll.
Dalam menganalisa tenaga listrik, suatu diagram saluran tunggal (single line
diagram) merupakan notasi yang disederhanakan untuk sebuah sistem tenaga listrik tiga
fasa. Sebagai ganti dari representasi saluran tiga fasa yang terpisah, digunakanlah sebuah
konduktor. Hal ini memudahkan dalam pembacaan diagram maupun dalam analisa
rangkaian. Elemen elektrik seperti misalnya pemutus rangkaian, transformator, kapasitor,
bus bar maupun konduktor lain dapat ditunjukkan dengan menggunakan simbol yang telah
distandardisasi untuk diagram saluran tunggal. Elemen pada diagram tidak mewakili
ukuran fisik atau lokasi dari peralatan listrik, tetapi merupakan konvensi umum untuk
mengatur diagram dengan urutan kiri-ke-kanan yang sama, atas-ke-bawah, sebagai saklar
atau peralatan lainnya diwakili.
II - 16
Gambar 2.9. Elemen Standar Etap 7.5.0
Beberapa elemen yang digunakan dalam suatu diagram saluran tunggal adalah :
1. Generator
Merupakan mesin listrik yang berfungsi untuk menghasilkan tenaga listrik.
Gambar 2.10. Simbol Generator Pada Etap 7.5.0
2. Transformator
Berfungsi untuk menaikkan maupun menurunkan tegangan dengan rasio tertentu
sesuai dengan kebutuhan sistem tenaga listrik.
Gambar 2.11. Simbol Transformator Pada Etap 7.5.0
II - 17
3. Pemutus Rangkaian
Merupakan sebuah saklar otomatis yang dirancang untuk melindungi sebuah
rangkaian listrik dari kerusakan yang disebabkan oleh kelebihan beban atau
hubungan pendek.
Gambar 2.12. Simbol Pemutus Rangkaian Pada Etap 7.5.0
4. Beban
Di ETAP 7.5.0 terdapat dua macam beban, yaitu beban statis dan beban dinamis.
Gambar 2.13. Simbol Beban Statis Pada Etap 7.5.0
5. Bentuk tampilan SVC (Static Var Compensator) pada Etap 7.5.0
Gambar 2.14. Simbol SVC (Static Var Compensator) pada Etap 7.5.0
Tampilan perangkat lunak Etap 7.5.0 secara umum dapat melihat gambar dibawah
seperti terlihat dalam gambar terdapat beberapa toolbar seperti yang telah dijelaskan
diatas. Untuk menampilkan hasil simulasi dapat melihat dalam toolbar result/hasil.
Gambar 2.15. Tampilan Etap 7.5.0 Secara Keseluruhan
II - 18
2.11. Langkah Kerja Penggunaan Etap 7.5.0 Untuk Aliran Daya Dan Penempatan
SVC (Static Var Compensator)
Menggunakan Etap 7.5.0 dimulai dari awal hingga keluaran akhir penggunaan
program.
1. Membuat one-line diagram sistem yang akan dibahas, dalam tulisan ini adalah
sistem distribusi 20kV PT. PLN (Persero) Ranting BANGKINANG Wilayah Salo.
2. Masukan data studi kasus yang ditinjau.
3. Jalankan program Etap 7.5.0 dengan memilih icon optimal load flow analysis pada
toolbar. Program tidak jalan (error) apabila terdapat kesalahan, data yang kurang
dapat dimasukan kembali.
4. Keluaran studi aliran daya dapat diketahui setelah program dapat dijalankan.
5. Setelah mendapat hasil dari aliran daya optimal. Selanjutnya menjalankan program
dengan penempatan SVC (Static Var Compensator).
6. Hasil keluaran didapat dan membandingkan dengan hasil sebelum penempatan
SVC (Static Var Compensator).
2.11.1. Prinsip Dasar Pengoperasian ETAP 7.5.0
Simulasi yang biasa dilakukan pada sistem distribusi adalah simulasi beban puncak
sehingga data-data yang di-input adalah data jaringan dan peralatan saat beban puncak.
Berikut ini adalah prinsip kerja pada Etap 7.5.0 :
1.
Membuat one-line diagram dimulai dari supply berupa :
1. Power Grid Gardu Induk (GI), bus sebagai titik pengukuran & penghubung
antar peralatan, konduktor (transmission line).
2. Beban trafo distribusi atau model beban LUMPED (feeder), pembangkit listrik
+ trafo pembangkit.
2.
Melakukan setting ID, rating dan pembebanan komponen.
3.
Memasukkan ke mode simulasi aliran daya, dengan menekan tombol optimal
Power Flow Analysis sehingga tampilan toolbar editing berubah menjadi Toolbar
Simulasi OPF.
4.
Menekan tombol ‘Optimal Power Flow, setelah dilakukan maka jika tidak ada
error pada one-line diagram maka akan ditampilkan aliran daya disetiap cabang &
bus.
II - 19
5.
Untuk menentukan tempat optimal penempatan SVC (Static Var Compensator)
dengan menekan tombol ‘Optimal SVC (Static Var Compensator).
2.12. Setting Parameter Jaringan dan Peralatan Distribusi Pada Bus
Bus pada one-line diagram Etap 7.5.0 tidak hanya berarti fisik rel, tetapi lebih
diperluas lagi untuk keperluan pengukuran atau hasil simulasi dan meletakkan atau
menghubungkan peralatan-peralatan. Cukup lakukan setting ID dan nominal kV, biasanya
20kV, kecuali pada primer trafo pembangkit dipembangkit listrik disesuaikan dengan
tegangan nominal keluaran generator.
Gambar 2.16. Bus Editor Pada Program Etap 7.5.0
2.12.1. (Transmission Line) Saluran Udara Tegangan Menengah (SUTM)
Langkah-langkah memasukkan data-data transmisi pada Etap 7.5.0 :
1. Membuat master setting untuk setiap ukuran penampang SUTM yang ada
2. Mengisi ID
3. Mengisi panjang jaringan atau Length dalam kms
4. Memilih konfigurasi “Horizontal” dan isi Spacing antar konduktor.
II - 20
5. Meng klik Characteristics dan isi jumlah konduktor per Phasa (1), Tipe
Material, Resistansi, GMR dan Diameter.
6. Grounding tidak diisi, karena di SUTM tidak ada ground wire.
7. Mengisi impedansi untuk arus urutan positif dan urutan nol
8. Reliability – default Etap 7.5.0
Gambar 2.17. Transmission Lineeditor Pada Program Etap 7.5.0
2.12.2. (Load) Beban
Pada Etap 7.5.0 Beban terbagi 3 bagian, yaitu sebagai berikut :
1. Beban Static/Impedance Constant (selain motor)
2. Beban Motor/Power Constant (motor)
3. Beban Lumped/kombinasi beban static & motor pada simulasi sistem distribusi
tegangan menengah, beban berupa trafo distribusi atau outgoing feeder, dimana
pada keduanya ada porsi beban static dan porsi beban motor.
II - 21
Gambar 2.18. Lumped Load Editor Pada Program Etap 7.5.0
Langkah-langkah memasukkan data Load atau beban pada ETAP 7.5.0:
1. Mengisi ID
2. Memilih satuan kVA, isi kVA beban dan persen PF (cos phi).
3. Mengeset bar persentase komposisi beban static dan motor.
4. Short-circuit – default Etap 7.5.0, kecuali rubah koneksi ke Y dan tipe
pentanahan Solid.
5. Reliability – default Etap 7.5.0
II - 22
2.12.3. Trafo
Trafo pada simulasi jaringan distribusi biasanya untuk trafo pembangkit berupa 2Winding Transformer.
Gambar 2.19. 2-Winding Trasformer Editor Pada Program Etap 7.5.0
Gambar 2.20. 2-Winding Trasformer Editor Pada Program Etap 7.5.0
II - 23
2.12.4. Menentukan Rating SVC (Static Var Compensator)
Langkah–langkah memasukkan nilai SVC (Static Var Compensator) pada ETAP
7.5.0.
1. Membuka aliran daya dengan Etap 7.5.0
2. Menentukan kandidat bus yang memiliki penurunan tegangan diatas 5%
3. Menentukan Q dengan persamaan (2.29).
4. Mengisi rating tegangan pada editor Etap 7.5.0
Gambar 2.21. SVC (Static Var Compensator) Pada Program Etap 7.5.0
II - 24